Fonctionnement d’un échangeur de chaleur
Un échangeur de chaleur est un dispositif permettant de transférer de l’énergie thermique d’un fluide vers un autre sans les mélanger. Le flux thermique traverse une surface d’échange qui sépare les fluides.
L’échangeur thermique est un élément essentiel dans l’industrie. Il permet d’assurer le transfert de chaleur entre deux fluides, sans que ces derniers ne se mélangent. Ce transfert se fait à travers une paroi, aux capacités conductrices élevées.
L’échangeur thermique permet de transférer l’énergie calorifique d’un fluide vers un autre, ceci sans les mélanger.
L’échange de chaleur se produit toujours par convection ou conduction. Plus la surface d’échange est importante, plus l’échange est performant.
Cet équipement se caractérise par les fluides en présence, le but recherché et la puissance / performance thermique à mettre en œuvre. Ces critères déterminent sa forme et ses dimensions optimales.
Les échangeurs fonctionnent selon la nature des fluides : eau, huile, air.
Les différents types d’échangeurs thermiques
Il existe différents types d’échangeurs thermiques. Ces derniers sont utilisés dans différentes industries (pharmaceutique, agroalimentaire, cosmétique, chimique, …). Ces équipements sont très souvent en acier inoxydable.
Échangeur à plaques
Les fluides se déplacent de chaque côté des plaques généralement ondulées. Ce type d’échangeur thermique est fréquemment employé car il est très performant.
Les plaques utilisées dans ce dispositif peuvent être :
- Plaques à joints
- Plaques soudées
- Plaques brasées
- Plaques assemblées par fusion
L’échangeur à plaques est un type d’échangeur de chaleur qui connaît un usage croissant dans l’industrie. Il est composé d’un grand nombre de plaques disposées en forme de millefeuille et séparées les unes des autres par un espace de quelques millimètres où circulent les fluides.
Le périmètre des plaques est bordé d’un joint qui permet par compression de l’ensemble afin d’éviter les risque de fuites, tant entre les deux fluides que vers l’extérieur.
Échangeur tubulaire
L’échangeur thermique tubulaire dit échangeur à tubes, ou multitubulaire, se compose de nombreux tubes qui sont placés dans une calandre. L’un des fluides circule à l’intérieur des tubes et l’autre à l’intérieur de la calandre, autour des tubes.
Parfois, une chicane est ajouté dans la calandre. Cela joue le rôle de promoteurs de turbulence et améliorent le transfert thermique. Des ailettes peuvent également être montées sur les tubes pour augmenter la surface d’échange lorsque les fluides en présence ont des coefficients d’échange très différents.
À chaque extrémité du faisceau est fixée une boîtes de distribution. Elle assure la circulation du fluide à l’intérieur des tubes en une ou plusieurs passes. La calandre est elle aussi munie de tubulures d’entrée et de sortie pour le second fluide suivant le chemin imposé par les chicanes
L’échangeur thermique résiste très bien à la pression. C’est pour ces raisons qu’il est utilisé dans les installations puissantes.
Échangeur serpentin / spirales
Un échangeur thermique en forme de serpentin utilise un tube qui est immergé dans l’eau. Le fluide primaire circule dans le serpentin et réchauffe le fluide secondaire dans lequel le tube est immergé.
On le trouve dans les ballons tampon dotés d’un échangeur ou encore dans les climatiseurs, par exemple.
Autres types d’échangeurs thermiques
D’autres d’échangeurs thermiques sont également visible dans le paysage industriel. Certains sont destinés à des utilisations bien spécifiques. On peut citer :
- L’échangeur à bloc ou à microcanaux
- L’échangeur à ailettes
- L’échangeur à bloc
- Tour de refroidissement